Физические основы электронных приборов

Август 11, 2022

Главная
Физика
Физические основы электронных приборов

Содержание

2. 1. Общие сведения о полупроводниках. Понятие энергетической диаграммы полупроводника. 22_ЛК_3_у/
3. Химические элементы: германий Ge, кремний Si, селен Se, теллур Te; Химические соединения: арсенид галлия GaAs, арсенид
4. Полупроводники, применяемые в электронных приборах имеют монокристаллическую структуру. Кристаллическая решетка. 22_ЛК_3/
5. Кристаллическая решётка полупроводниковых материалов 22_ЛК_3/
6. В соответствии с теорией Бора: – атом вещества состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются
7. 22_ЛК_3/
8. Структура атома кремния 22_ЛК_3/
9. Представление энергии для разных орбит: Первая орбита представляет собой 1 энергетический уровень, Второй орбита – 2
10. Структура атома и энергетические уровни электронов 22_ЛК_3/
11. Если имеется N одинаковых отдельных атомов, то положение их энергетических уровней совершенно одинаковы и не зависят
12. На практике. Твердое тело – это тело с плотноупакованной кристаллической решеткой. По мере сближения атомов между
13. Разрешенная энергетическая зона – совокупность значений энергии, которыми электроны могут обладать в твердом теле. Валентные электроны
14. В полупроводниках при сравнительно небольших энергетических воздействиях часть электронов получает энергию, достаточную для отрыва от атома.
15. 22_ЛК_3/
16. Энергетические диаграммы для различных материалов 22_ЛК_3/
17. 2. Собственные и примесные полупроводники. Собственные (на примере кремния). кристаллическую структуру Si (сл. 18). На внешней
18. Кристаллическая структура кремния 22_ЛК_3/
19. Ковалентная связь 22_ЛК_3/
20. а) б) Двумерное представление расположения связей в решетке Si 22_ЛК_3/
21. Вакантное место в валентной связи называется дырка. Процесс превращения сводного электрона в связанный электрон называется рекомбинация.
22. Например, в Si (валентность 4) атом кремния замещен атомом мышьяка, фосфора (валентность 5), алюминия (валентность 3)
23. а) б) Примесные полупроводники 22_ЛК_3/
24. Акцепторные. (сл.23 б). Т.к. валентность алюминия равна трем, то значит одна валентная связь Si не будет
25. 3. Токи в полупроводнике (собственном) Рассмотрим структуру при Т=0К. Если приложить внешнее электрическое поле, то ток
26. 22_ЛК_3/
27. Схематично дрейфовый ток: Диффузионный ток. Диффузионный ток обусловлен градиентом концентрации (dn/dx, dp/dx). Показано на рис. Неравномерное
28. 22_ЛК_3/
29. 4. Уравнение непрерывности. Одним из основных уравнений, используемых при анализе и расчёте электрических параметров и характеристик
30. Неравновесные носители. Свободные носители в полупроводниках могут создаваться, например облучение светом, бомбардировка различными частицами, вызывающими ионизацию,
31. 22_ЛК_3/
32. 22_ЛК_3/
34. Скачать презентацию

Слайд 2

1. Общие сведения о полупроводниках. Понятие энергетической диаграммы полупроводника.
22_ЛК_3_у/

Слайд 3

Химические элементы: германий Ge, кремний Si, селен Se, теллур Te;
Химические соединения:

арсенид галлия GaAs, арсенид индия InAs, фосфид галлия GaP, карбид кремния SiC.
Основными свойствами, которые отличают полупроводники от других материалов являются:
– зависимости проводимости от температуры;
– сильное влияние на проводимость ничтожного количества вносимой примеси;
– чувствительность проводимости к электромагнитным излучениям.

22_ЛК_3/

Слайд 4

Полупроводники, применяемые в электронных приборах имеют монокристаллическую структуру.
Кристаллическая решетка.
22_ЛК_3/

Слайд 5

Кристаллическая решётка полупроводниковых материалов
22_ЛК_3/

Слайд 6

В соответствии с теорией Бора:
– атом вещества состоит из положительно заряженного

ядра, вокруг которого вращаются на разных круговых орбитах отрицательно заряженные электроны;
– электроны могут вращаться вокруг ядра только на определённых разрешённых орбитах;
– электроны на каждой разрешённой орбите имеют определённую фиксированную сумму энергию.
– если электрону сообщается дополнительная энергия (тепловая, световая) он поднимается на более высокую орбиту, т.е. атом находится в состоянии возбуждения.
– если электрон перемещается на более низкую орбиту, он отдаёт приобретённую энергию в виде тепла, света или других излучений в окружающее пространство.

22_ЛК_3/

Слайд 7

22_ЛК_3/

Слайд 8

Структура атома кремния
22_ЛК_3/

Слайд 9

Представление энергии для разных орбит:
Первая орбита представляет собой 1 энергетический уровень,

Второй орбита – 2 энергетический уровень;
Третья орбита – 3 энергетический уровень.

22_ЛК_3/

Слайд 10

Структура атома и энергетические уровни электронов
22_ЛК_3/

Слайд 11

Если имеется N одинаковых отдельных атомов, то положение их энергетических уровней

совершенно одинаковы и не зависят друг от друга.
Энергетические зоны электронов

22_ЛК_3/

Слайд 12

На практике. Твердое тело – это тело с плотноупакованной кристаллической решеткой.

По мере сближения атомов между ними возникает всё усиливающееся взаимодействие, которое приводит к расщеплению каждого уровня на подуровни.
Принцип Паули.
Спин электрона
Т.о. вместо одного, одинакового для всех N атомов уровня возникает N очень близко расположенных подуровней, образующих полосу или зону. Эти зоны, возникшие из энергетических уровней отдельных атомов при образовании твердого тела, называются разрешенными энергетическими зонами.

22_ЛК_3/

Слайд 13

Разрешенная энергетическая зона – совокупность значений энергии, которыми электроны могут обладать

в твердом теле.
Валентные электроны
В кристаллических твердых телах разрешенные энергетические зоны имеют различное заполнение электронами (на одних энергетических уровнях могут быть электроны, а на других нет).
Промежутки между разрешенными зонами называются запрещенными энергетическими зонами. Они представляют собой совокупность значений энергии, которыми электроны не могут обладать в твердом теле.

22_ЛК_3/

Слайд 14

В полупроводниках при сравнительно небольших энергетических воздействиях часть электронов получает энергию,

достаточную для отрыва от атома.
Такие электроны получают возможность перемещаться по кристаллической решетке и их называют электронами проводимости.
Энергетические состояния электронов проводимости образуют зону значений энергий, которую принято называть зоной проводимости.
Энергетические состояния валентных электронов также образуют зону уровней энергий, называемую валентной зоной.

22_ЛК_3/

Слайд 15

22_ЛК_3/

Слайд 16

Энергетические диаграммы для различных материалов
22_ЛК_3/

Слайд 17

2. Собственные и примесные полупроводники.
Собственные (на примере кремния).
кристаллическую структуру Si (сл.

18).
На внешней оболочке Si - 4 электрона.
Ковалентные связи между атомами (сл. 19).
В идеальном полупроводнике все электроны связанные.
При внешних воздействиях (тепло, свет и т.д.) происходит разрыв валентной связи и электрон становится свободным.
Процесс превращения связанного электрона в свободный называется генерация.

22_ЛК_3/

Слайд 18

Кристаллическая структура кремния
22_ЛК_3/

Слайд 19

Ковалентная связь
22_ЛК_3/

Слайд 20

а) б)
Двумерное представление расположения связей в решетке Si
22_ЛК_3/

Слайд 21

Вакантное место в валентной связи называется дырка.
Процесс превращения сводного электрона в

связанный электрон называется рекомбинация.
Полупроводник в котором в результате разрыва валентных связей образуется равное количество свободных электронов и дырок, называется собственным.
При комнатной температуре концентрация электронов и дырок у кремния составляет 1010 см-3.
Примесные.
Примесный полупроводник – это полупроводник имеющий примеси, т.е. это когда один из атомов в собственном полупроводнике кристаллической решетке замещен атомом другого элемента.

22_ЛК_3/

Слайд 22

Например, в Si (валентность 4) атом кремния замещен атомом мышьяка, фосфора

(валентность 5), алюминия (валентность 3) (Сл. 23).
Примеси бывают:
Донорные
Акцепторные
Донорные. (сл.23 а).
Пятый электрон мышьяка слабо связан с атомом мышьяка и может свободно перемещаться по кристаллу.
Такие полупроводники называют электронными или n – типа (negative).

22_ЛК_3/

Слайд 23

а) б)
Примесные полупроводники
22_ЛК_3/

Слайд 24

Акцепторные. (сл.23 б).
Т.к. валентность алюминия равна трем, то значит одна

валентная связь Si не будет завершена.
Значит сюда может перейти электрон из атома кремния, и появиться сводная дырка (по Si), которая может перемещаться по Si и принимать участие в проводимости полупроводника.
Примесь захватывающая электроны называется акцепторной.
Такой полупроводник называется дырочным или р-типа (positive).

22_ЛК_3/

Слайд 25

3. Токи в полупроводнике (собственном)
Рассмотрим структуру при Т=0К.
Если приложить внешнее электрическое

поле, то ток в таком полупроводнике =0 (рис. а). При Т≠ 0 К появились свободные ковалентные электроны и при внешнем эл. поле появится ток
а) б)
Рис. Связи в решетке кремния (а - Т= 0 К, б - Т≠ 0 К)

22_ЛК_3/

Слайд 26

22_ЛК_3/

Слайд 27

Схематично дрейфовый ток:
Диффузионный ток.
Диффузионный ток обусловлен градиентом концентрации (dn/dx, dp/dx).
Показано

на рис. Неравномерное распределение носителей заряда в п/п-ке м.б. связано с градиентом температуры по
поверхности п/п-ка, радиация, свет и др.
Суммарный диффузионный ток имеет две
составляющие:
электронную;
дырочную, и определяется выражением:

22_ЛК_3/

Слайд 28

22_ЛК_3/

Слайд 29

4. Уравнение непрерывности.
Одним из основных уравнений, используемых при анализе и расчёте

электрических параметров и характеристик полупроводниковых электронных приборов является уравнение непрерывности.
Понятия:
Равновесные носители заряда
Неравновесные носители заряда.
Равновесные носители. Концентрация свободных носителей в полупроводнике определяется одновременно протекающими встречными процессами - генерацией и рекомбинацией.
Т.к. тепловые процессы инерционны, то при любой температуре (отличной от 0 К) процессы тепловой генерации и рекомбинации успевают прийти в равновесие, а такие носители наз. равновесными.

22_ЛК_3/

Слайд 30

Неравновесные носители. Свободные носители в полупроводниках могут создаваться, например облучение светом,

бомбардировка различными частицами, вызывающими ионизацию, и т. д. Свободные носители могут также проникать через контакт из другого тела.
Свободные носители, появляющиеся таким образом в полупроводнике являются избыточными по отношению к равновесным и называются неравновесными носителями.
Движение носителей заряда в полупроводнике в общем случае обусловлено двумя процессами: диффузией под действием градиента их концентрации и дрейфом под действием электрического поля.

22_ЛК_3/

Слайд 31

22_ЛК_3/

Слайд 32

Физические основы электронных приборов

Содержание

1. Общие сведения о полупроводниках. Понятие энергетической диаграммы полупроводника.22_ЛК_3_у/

Химические элементы: германий Ge, кремний Si, селен Se, теллур Te;Химические соединения:

Полупроводники, применяемые в электронных приборах имеют монокристаллическую структуру.Кристаллическая решетка. 22_ЛК_3/

Кристаллическая решётка полупроводниковых материалов22_ЛК_3/

В соответствии с теорией Бора:– атом вещества состоит из положительно заряженного

22_ЛК_3/

Структура атома кремния22_ЛК_3/

Представление энергии для разных орбит:Первая орбита представляет собой 1 энергетический уровень,

Структура атома и энергетические уровни электронов22_ЛК_3/

Если имеется N одинаковых отдельных атомов, то положение их энергетических уровней

На практике. Твердое тело – это тело с плотноупакованной кристаллической решеткой.

Разрешенная энергетическая зона – совокупность значений энергии, которыми электроны могут обладать

В полупроводниках при сравнительно небольших энергетических воздействиях часть электронов получает энергию,

22_ЛК_3/

Энергетические диаграммы для различных материалов22_ЛК_3/

2. Собственные и примесные полупроводники.Собственные (на примере кремния).кристаллическую структуру Si (сл.

Кристаллическая структура кремния22_ЛК_3/

Ковалентная связь22_ЛК_3/

а) б) Двумерное представление расположения связей в решетке Si22_ЛК_3/

Вакантное место в валентной связи называется дырка.Процесс превращения сводного электрона в

Например, в Si (валентность 4) атом кремния замещен атомом мышьяка, фосфора

а) б) Примесные полупроводники22_ЛК_3/

Акцепторные. (сл.23 б). Т.к. валентность алюминия равна трем, то значит одна

3. Токи в полупроводнике (собственном)Рассмотрим структуру при Т=0К.Если приложить внешнее электрическое

22_ЛК_3/

Схематично дрейфовый ток:Диффузионный ток.Диффузионный ток обусловлен градиентом концентрации (dn/dx, dp/dx). Показано

22_ЛК_3/

4. Уравнение непрерывности.Одним из основных уравнений, используемых при анализе и расчёте

Неравновесные носители. Свободные носители в полупроводниках могут создаваться, например облучение светом,

22_ЛК_3/

22_ЛК_3/

Похожие презентации

1. Общие сведения о полупроводниках. Понятие энергетической диаграммы полупроводника.
22_ЛК_3_у/

Химические элементы: германий Ge, кремний Si, селен Se, теллур Te;
Химические соединения:

Полупроводники, применяемые в электронных приборах имеют монокристаллическую структуру.
Кристаллическая решетка.
22_ЛК_3/

Кристаллическая решётка полупроводниковых материалов
22_ЛК_3/

В соответствии с теорией Бора:
– атом вещества состоит из положительно заряженного

Структура атома кремния
22_ЛК_3/

Представление энергии для разных орбит:
Первая орбита представляет собой 1 энергетический уровень,

Структура атома и энергетические уровни электронов
22_ЛК_3/

Энергетические диаграммы для различных материалов
22_ЛК_3/

2. Собственные и примесные полупроводники.
Собственные (на примере кремния).
кристаллическую структуру Si (сл.

Кристаллическая структура кремния
22_ЛК_3/

Ковалентная связь
22_ЛК_3/

а) б)
Двумерное представление расположения связей в решетке Si
22_ЛК_3/

Вакантное место в валентной связи называется дырка.
Процесс превращения сводного электрона в

а) б)
Примесные полупроводники
22_ЛК_3/

Акцепторные. (сл.23 б).
Т.к. валентность алюминия равна трем, то значит одна

3. Токи в полупроводнике (собственном)
Рассмотрим структуру при Т=0К.
Если приложить внешнее электрическое

Схематично дрейфовый ток:
Диффузионный ток.
Диффузионный ток обусловлен градиентом концентрации (dn/dx, dp/dx).
Показано

4. Уравнение непрерывности.
Одним из основных уравнений, используемых при анализе и расчёте